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1、*,單擊此處編輯母版文本樣式,第二級,第三級,第四級,第五級,單擊此處編輯母版標(biāo)題樣式,單擊此處編輯母版文本樣式,第二級,第三級,第四級,第五級,單擊此處編輯母版標(biāo)題樣式,*,單擊此處編輯母版文本樣式,第二級,第三級,第四級,第五級,單擊此處編輯母版標(biāo)題樣式,*,單擊此處編輯母版文本樣式,第二級,第三級,第四級,第五級,單擊此處編輯母版標(biāo)題樣式,*,單擊此處編輯母版文本樣式,第二級,第三級,第四級,第五級,單擊此處編輯母版標(biāo)題樣式,*,單擊此處編輯母版文本樣式,第二級,第三級,第四級,第五級,單擊此處編輯母版標(biāo)題樣式,*,單擊此處編輯母版文本樣式,第二級,第三級,第四級,第五級,單擊此處編輯母

2、版標(biāo)題樣式,*,單擊此處編輯母版文本樣式,第二級,第三級,第四級,第五級,單擊此處編輯母版標(biāo)題樣式,*,單擊此處編輯母版文本樣式,第二級,第三級,第四級,第五級,單擊此處編輯母版標(biāo)題樣式,*,單擊此處編輯母版文本樣式,第二級,第三級,第四級,第五級,單擊此處編輯母版標(biāo)題樣式,*,單擊此處編輯母版文本樣式,第二級,第三級,第四級,第五級,單擊此處編輯母版標(biāo)題樣式,*,單擊此處編輯母版文本樣式,第二級,第三級,第四級,第五級,單擊此處編輯母版標(biāo)題樣式,*,第二章 移動通信的基本概念,2.1,無線電波的傳播特性,2.2,移動信道的特征,2.3,陸地移動信道的場強(qiáng)估算與損耗,2.4,蜂窩系統(tǒng)工作原理,

3、2.5,移動通信系統(tǒng)的基本網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu),2.6,無線環(huán)境下的噪聲與干擾,2.1,無線電波的傳播特性,2.1.1,電波的傳播方式,2.1.2,直射波,2.1.3,大氣中的電波傳播,2.1.4,障礙物的影響與繞射損耗,2.1.5,反射波,學(xué)習(xí)目標(biāo),理解并掌握直射波、反射波、地面波、自由空間、自由空間傳播等概念。,初步了解大氣中電波傳播損耗的估算。,2.1.1,電波的傳播方式,圖,2-1,典型的電波傳播通路,沿著地表面?zhèn)鞑サ碾姴ǚQ為,地面波,從發(fā)射天線直接到達(dá)接收天線的電波稱為,直射波,經(jīng)過大地反射到達(dá)收信機(jī)的電波稱為,反射波,空間波,一般是直射波、反射波和地面波的統(tǒng)稱,經(jīng)過電離層反射而傳播的電波稱為,

4、電離層波,，主要用與短波通信。,地面波,由于地面波隨頻率的提高衰減很快，所以在使用,VHF,和,HF,頻段的移動通信中，地面波可以忽略不計(jì),。,當(dāng)陸上,天線的高度,小于,一個(gè)波長，海上天線的高度小于個(gè)波長的情況下，地面波的場強(qiáng)才能超過直射波的場強(qiáng)，這時(shí)才,考慮地面波,。,在頻帶定點(diǎn)通信中，天線高度都處在幾個(gè)波長以上，因此可以不考慮地面波的影響。對于,頻帶的移動通信中，也是將電波傳播考慮為直射波和反射波相干合成,。,2.1.2,直射波,電磁波在真空中的傳播稱為,自由空間傳播,。由于自由空間具有各向同性、電導(dǎo)率為零因此電波在自由空間傳輸時(shí)，不存在反射、折射和繞射等現(xiàn)象，,只有因電磁場能量擴(kuò)散而引起

5、的傳播損耗,。,傳播路徑上沒有障礙物阻擋，到達(dá)接收天線的地面反射信號場強(qiáng)也可以忽略不計(jì)，,直射波可近似按自由空間傳播來考慮,。,(,式,2-1),式中，,是電磁波的波長，,d,是收發(fā)天線間距離。,自由空間的傳播衰耗,lts,定義為：,直射波的傳播途徑如圖,2-1,中路徑,2,所示。直射波傳播距離一般限于視距范圍。在傳播過程中，它的強(qiáng)度衰減較慢，,超短波和微波通信就是利用直射波傳播的,。,地面的直射波通信接受點(diǎn)場強(qiáng)由兩部分組成：一路是由發(fā)射天線直達(dá)接收天線，另一路是地面反射后到達(dá)接收天線。,限制直射波通信距離的因素是地球表面弧度和山地、樓房等建筑物，因此超短波河微波通信要求天線盡量架高。,2.1

6、.3,大氣中的電波傳播,自由空間傳播的場強(qiáng)計(jì)算：,電波在自由空間中的傳播模型可用圖,2-2,來模擬。,圖,2-2,各向同性輻射器在自由空間的輻射,在,O,點(diǎn)有一個(gè)各向同性的輻射器，假設(shè)其輻射功,率為,P,t,，從電磁場理論知道，在距離波源為,d,處的功,率密度如下：,（式,2-2,）,同時(shí)，功率密度可寫成：,（式,2-3,）,式中，,Em,、,Hm,分別為電場強(qiáng)度和磁場強(qiáng)度的振,值；,Eo,、,Ho,分別為電場強(qiáng)度和磁場強(qiáng)度的有效值。,因（式,2-2,）和（式,2-3,）相等，故可得：,（式,2-4,）,式中,Pt,和,d,的單位分別為,W,和,m,。,通常場強(qiáng)以分貝（,dB,）表示，并取場強(qiáng)

7、,1v/m,為,0,參考點(diǎn)（,dBv/m,，簡稱,dB,），則：,（式,2-5,）,式中，,Pt,為輻射功率（,W,），,d,為距離（,km,）。,以上的輻射器為各向同性輻射器，若輻射器有,方向性，則可設(shè)其方向性系數(shù)為,Dt,，有：,（式,2-6,）,或,（式,2-7,）,自由空間的傳播損耗,傳播損耗,Lo,是指發(fā)信天線的輻射功率,Pt,與收信機(jī)輸入功率,Pr,之比，即：,（式,2-8,）,自由空間傳播損耗是指收、發(fā)天線都是各向同性輻射器時(shí)，兩者之間的傳播損耗。,電波由各向同性發(fā)信天線輻射后，經(jīng)傳播距離,d,到達(dá)信點(diǎn)，由式（,2-2,）可計(jì)算其功率密度,S,值。收信天線接收的功率為：,（式,2

8、-9,）,式中,A,為收信天線的有效面積。對于各向同性收信天線來說，,（式,2-10,）,式中,為工作波長（,m,）。,由式（,2-1,）可得自由空間傳播損耗為：,（式,2-11,）,該式若以,dB,表示，則：,（式,2-12,）,式中，,f,為工作頻率（,MHz,），,d,為傳播距離（,Km,）。,按上式畫出頻率為,150MHz,、,450MHz,和,900MHz,的,自由空間傳播損耗,Lo,與距離,d,的關(guān)系，如圖,2-3,所示：,圖,2-3,自由空間,由于橫坐標(biāo)采用對數(shù)尺度，故損耗（,dB,）與距離,呈現(xiàn)直線關(guān)系。,同時(shí)，由（式,2-12,）可，自由空間的電波傳播損,耗只與工作頻率,f,

9、和傳播距離,d,有關(guān)。,由（式,2-12,）可推算出，在該公式的適用范圍,內(nèi)，若將,f,或,d,增大一倍，則損耗將分別增加,6dB,。,大氣折射,在不考慮傳導(dǎo)電流和介質(zhì)磁化的情況下，介,質(zhì)折射率,n,與相對介電系數(shù),r,的關(guān)系為：,（式,2-13,）,眾所周知，大氣的相對介電系數(shù),r,不是恒定,的，它與溫度、濕度和氣壓有關(guān)。因此，大氣高,度不同，,r,也不同，即,dn,/dh,也是不同的。,根據(jù)折射定律，設(shè),c,為光速，則電波傳播,速度,v,與大氣折射率,n,成反比，即：,（式,2-14,）,這種由大氣折射率引起電波傳播方向發(fā)生,彎曲的現(xiàn)象，稱為大氣對電波的折射。,我們用,“,地球等效半徑,”

10、,來表征大氣折射對電,波傳播的影響，即認(rèn)為電波依然按直線方向行進(jìn)，,只是地球的實(shí)際半徑,Ro,（,6.37,106m,）變成了等效,半徑,Re,，,Re,與,Ro,之間的關(guān)系為：,（式,2-15,）,式中，,k,稱作地球等效半徑系數(shù)。,顯然（式,2-15,）中，若當(dāng),dn,/dh1,，,ReRo,。在,標(biāo)準(zhǔn)大氣折射情況下，即當(dāng),dn/dh-4,10,-8,（,1/m,），等效地球半徑系數(shù),k=4/3,，等效地球半徑,Re=8500km,。,視距傳播,視距傳播的極限距離可由圖,2-4,計(jì)算：,圖,2-4,視距離傳播極限距離,設(shè)發(fā)射與接收天線的高度分別為,h,t,和,h,r,，兩個(gè)天,線頂點(diǎn)的連線

11、,AB,與地面相切于,C,點(diǎn)。由于地球等效半徑,Re,遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于天線高度，不難證明，自發(fā)射天線頂點(diǎn),A,到,切點(diǎn),C,的距離,d1,為：,（式,2-16,）,同理，由切點(diǎn),C,到接收天線頂點(diǎn),B,的距離,d2,為：,（式,2-17,）,可見，視線傳播的極限距離,d,為：,（式,2-18,）,在標(biāo)準(zhǔn)大氣折射情況下，,Re=8500km,，故：,（式,2-19,）,式中，,ht,和,hr,的單位是,m,，,d,的單位是,km,。,2.1.4,障礙物的影響與繞射損耗,繞射損耗：,電波在直射傳播的路徑上可能存在山丘、建筑,等障礙物，這些障礙物會引起除了自由空間傳播損,耗外的附加損耗，這種附加損耗稱為繞射

12、損耗。,設(shè)障礙物與發(fā)射點(diǎn),T,、接收點(diǎn),R,的相對位置如圖,2-5,所示。圖中,x,表示障礙物頂點(diǎn),P,至連線,TR,的距,離，在傳播理論中稱作費(fèi)涅爾余隙。,圖,2-5,障礙物與余隙,由費(fèi)涅爾繞射理論可得障礙物引起的繞射損耗,與費(fèi)涅爾余隙的關(guān)系如圖,2-6,所示：,圖,2-6,繞射損耗與余隙關(guān)系,圖中橫坐標(biāo)為,x/x,1,，其中,x,1,稱為費(fèi)涅爾半徑，,并由下式（,2-20,）求得：,（式,2-20,）,式中,d1,、,d2,如圖,2-6,所示，,為電波波長。,2.1.5,反射波,不同界面的反射特性用反射系數(shù),R,表征，它定義,為反射波場強(qiáng)與入射波場強(qiáng)的比值，,R,可表示為：,（式,2-21,）,式中,R,為反射點(diǎn)上反射波場強(qiáng)與入射波場強(qiáng)的振幅比值，,代表反射波相對于入射波的相移。,實(shí)際的反射路徑、直射路徑的電波相位差,可由兩者間的路徑差計(jì)算而得：,（式,2-22,）,式中，,2/,稱為相移常數(shù)，決定于工作波,長，,d,為兩路徑的差值。,